DE3712513A1 - METHOD AND DEVICE FOR DETECTING SURFACE DEFECTS - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Fehlern auf der Oberfläche eines Gegenstandes, vorzugsweise zur Erken nung von Lackfehlern auf der Oberfläche einer Kraftfahrzeug- Karosserie oder auf der vorzugsweise veredelten Oberfläche anderer industriell produzierter Gegenstände, bei dem auf die ser Oberfläche mittels eines Beleuchtungssystems ein Licht streifen erzeugt und dieser durch eine Relativbewegung zwischen dem Beleuchtungssystem und der Oberfläche über diese hinwegge führt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for detecting errors on the surface of an object, preferably for detection of paint defects on the surface of a motor vehicle Body or on the preferably finished surface other industrially produced objects, in which on the a surface using a lighting system stripes generated and this by a relative movement between the lighting system and the surface leads. The invention further relates to a device for Performing this procedure.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise aus der DE-PS 43 18 317 bekannt. Sie sind mit dem Nachteil verbun den, daß bestimmte und insbesonders kleinere Oberflächenfehler wegen geringer Kontraste bei der Auswertung des durch Ober flächenfehler beeinflußten reflektierten Lichts nur schwer erkennbar sind. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Glanzgrad der zu prüfenden Oberfläche nicht optimal ist.Such methods and devices are, for example, from DE-PS 43 18 317 known. They are associated with the disadvantage that certain and in particular smaller surface defects due to low contrasts in the evaluation of the by Ober Surface defects affected reflected light only with difficulty are recognizable. This is the case, for example, if the Degree of gloss of the surface to be tested is not optimal.
Gemäß der vorerwähnten DE-PS 34 18 317 wurde bereits vorge schlagen, zur Durchführung des eingangs genannten Verfahrens mehrere nebeneinanderliegende Leuchtreihen vorzusehen. Durch die Erzeugung mehrerer voneinander abgesetzter Lichtstreifen auf der zu untersuchenden Oberfläche sollte bei einer Relativ bewegung zwischen dieser Oberfläche und der Beleuchtungs anordnung ein Oberflächenfehler nacheinander mehrere Licht streifen durchwandern und durch wiederholtes Aufscheinen in den aufeinanderfolgenden Lichtstreifen visuell leichter erkennbar werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch vom Prüfpersonal fortwährend höchste Aufmerksamkeit und ist daher auf Dauer sehr ermüdend, ohne daß eine hinreichende Gewähr für ein weitgehend lückenloses Erfassen auch von schwieriger erkennbaren Fehlern gegeben ist.According to the aforementioned DE-PS 34 18 317 has already been pre propose to carry out the procedure mentioned at the beginning to provide several rows of lights next to each other. By the generation of several separated light strips on the surface to be examined should be relative movement between this surface and the lighting Arrange a surface defect in succession of multiple lights wander through and through repeated appearances in the consecutive streaks of light can be seen more easily will. However, this procedure requires test personnel constant attention and is therefore very long-term tiring without a sufficient guarantee of a largely complete detection of even more difficult to detect errors given is.
Gemäß der US-PS 46 29 319 wurde auch schon vorgeschlagen, bei der flächenhaften Ausleuchtung von Oberflächen zur Fehler erkennung eine Kontrasterhöhung im reflektierten Meßlicht durch Verwendung von sog. Retrofolien zu erzielen, die in den Strah lengang des reflektierten Lichtes eingebracht und das auf eine solche Folie auftreffende Licht mit einer gewissen Streucharak teristik zurückwerfen, worauf es nach nochmaliger Reflexion an der zu überprüfenden Oberfläche in eine Videokamera gelangt. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen großen Einfallswinkel für das Meßlicht, was den Raumbedarf für die gesamte Prüfanord nung erheblich vergrößert, so daß der praktische Einsatz bei beengten räumlichen Verhältnissen auf dem Prüfstand Schwierig keiten bereitet. Außerdem führen bei der Prüfung gewölbter Oberflächen Änderungen in der Topografie infolge des großen Einfallswinkels des Meßlichts rasch zu erheblichen Verzerrun gen, die einer sicheren Fehlererkennung entgegenstehen.According to US-PS 46 29 319 has also been proposed the areal illumination of surfaces to errors detection of an increase in contrast in the reflected measuring light To achieve the use of so-called retrofoils that are in the strah lengang of the reflected light introduced and that on a such film striking light with a certain scarlet macaque throwing back on what it is after repeated reflection the surface to be checked gets into a video camera. However, this method requires a large angle of incidence for the measuring light, which requires the space for the entire test arrangement tion considerably enlarged, so that practical use cramped space on the test bench difficult prepare. They also lead to arched testing Surface changes in the topography due to the large The angle of incidence of the measuring light quickly leads to considerable distortion conditions that prevent reliable error detection.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine sichere Detektierung von Fehlern an oder in Oberflächen von Kraftfahrzeugen und anderen Gegenständen ermöglicht, und zwar auch dann, wenn die Oberfläche wie im Fall der Vorlackie rung bei Kraftfahrzeug-Karosserien matt ist und daher eine stärkere Streuung des reflektierten Lichtes bewirkt. Trotzdem soll die Prüfanordnung raumsparend und daher vielseitig einsetzbar sein und die Gestehungskosten überwiegend in den elektronischen Bereich verlegen, in dem im allgemeinen mit deutlicher Kostendegression zu rechnen ist. Darüber hinaus soll eine einfache, das Prüfpersonal weitgehend entlastende Handhabung der Prüfanordnung erzielt werden.The invention has for its object a method and to create a device of the type mentioned that reliable detection of defects on or in surfaces of motor vehicles and other objects, and even if the surface, as in the case of the pre-lacquer tion in motor vehicle bodies is matt and therefore one causes more scattering of the reflected light. Nevertheless the test arrangement should be space-saving and therefore versatile be applicable and the production costs mainly in the relocate electronic area, in which generally with significant degression in costs can be expected. Beyond that a simple one that largely relieves the test personnel Handling of the test arrangement can be achieved.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 11 gelöst.This object is achieved by the features of patent claims 1 or 11 solved.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung dient zur Erkennung von Lackfehlern auf der Karosserie von Kraftfahrzeugen ist im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigenA preferred embodiment of the invention Method and the device according to the invention is used for Detection of paint defects on the body of Motor vehicles is below with reference to the attached Drawings described in more detail. Show in it
Fig. 1 einen Prüfstand zur Oberflächen-Fehlererkennung in der Ansicht und mit Rechnern in schematischer Darstellung Fig. 1 shows a test bench for surface defect detection in the view and with computers in a schematic representation
Fig. 2 den Prüfstand von Fig. 1 in vergrößerter Darstellung mit Sensoreinheiten in schematischer Darstellung, Fig. 2 shows the test stand of Fig. 1 in an enlarged representation with sensor units in a schematic representation;
Fig. 3 eine Beleuchtungseinheit und eine Sensoreinheit aus Fig. 2 in detaillierter Darstellung, Fig. 3 shows a lighting unit and a sensor unit of Fig. 2 in more detail representation,
Fig. 4 die Beleuchtungs- und Sensoreinheiten von Fig. 3 in der Ansicht von unten, Fig. 4, the illumination and the sensor units of Fig. 3, in a view from below
Fig. 5 die Sensoreinheit aus Fig. 3 in vergrößerter Dar stellung, Figure 5 shows the sensor unit of FIG position.. 3 in an enlarged Dar,
Fig. 6 die Sensoreinheit von Fig. 5 in der Ansicht von oben, Fig. 6 shows the sensor unit of FIG. 5 in top view,
Fig. 7 die Wiedergabe eines auf einem Monitor der Sensor einheit erscheinenden Bildes von der Abtastung der geprüften Oberfläche. Fig. 7 shows the reproduction of an on a monitor of the sensor unit appearing image of the sampling of the tested surface.
In Fig. 1 und 2 ist ein Prüfstand mit einem Gestell 1 darge stellt, das beispielsweise durch miteinander verschraubte Rohre oder Profilteile gebildet ist. In den Innenraum des Gestells 1 ist als kreisbogenförmige Linie ein Portal 2 eingezeichnet. Längs dieser kreisbogenförmigen Linie sind jeweils mehrere Beleuchtungseinheiten 3 und Sensoreinheiten 4 angeordnet. Diese Einheiten sind am Geräteaufbau 1 mit nicht dargestellten Haltearmen derart befestigt, daß ihre Anordnung längs der kreisbogenförmigen Linie des Portals 2 gewährleistet ist. Die Beleuchtungseinheiten 3 bilden insgesamt ein Beleuch tungssystem, während die Sensoreinheiten 4 insgesamt ein Auf zeichnungssystem bilden, wie dies nachfolgend näher beschrieben wird. In Fig. 1 and 2, a test stand with a frame 1 provides Darge is formed for example by tubes screwed together or profile parts. A portal 2 is drawn into the interior of the frame 1 as an arcuate line. Several lighting units 3 and sensor units 4 are arranged along this circular arc-shaped line. These units are attached to the device structure 1 with holding arms, not shown, in such a way that their arrangement along the circular line of the portal 2 is ensured. The lighting units 3 overall form a lighting system, while the sensor units 4 overall form a recording system, as will be described in more detail below.
Das Portal 2 ist so dimensioniert, daß auf einem Transport schlitten 5 die Karosserie 6 eines Personenkraftwagens durch das Portal senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 1 und 2 hin durchgeführt werden kann und von diesem Portal überspannt wird, wobei die Karosserie mit den Flanken- und Dachpartien einen etwa gleichmäßigen Abstand zu den jeweils gegenüberliegenden Portalsektoren einhält. In Fig. 1 und 2 ist die Karosserie 6 des Kraftwagens in ihrer jeweils linken Hälfte mit der Front seite und in ihrer jeweils rechten Hälfte mit der Heckseite gezeigt. Sie ist ohne Räder mit nicht dargestellten Lager mitteln auf den Transportschlitten 5 aufgesetzt. Der Schlitten 5 kann mit der auf ihn aufgesetzten Kraftwagen-Karosserie 6 auf nicht dargestellten, senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Schienen langsam und möglichst gleichmäßig durch das Portal 2 hindurchgefahren werden, wozu er mit einem ebenfalls nicht dargestellten Kettenantrieb versehen ist.The portal 2 is dimensioned such that the carriage 6 of a passenger car can be carried out on a transport carriage 5 through the portal perpendicular to the drawing plane of FIGS. 1 and 2 and is spanned by this portal, the body with the flanks and roof parts maintains an approximately even distance from the opposite portal sectors. In Fig. 1 and 2, the body is shown and 6 of the motor vehicle in the respective left-half side to the front in the respective right-hand half of the rear side. It is placed without wheels with bearing means not shown on the transport carriage 5 . The carriage 5 can be moved slowly and as evenly as possible through the portal 2 with the motor vehicle body 6 placed on it on rails, not shown, running perpendicular to the plane of the drawing, for which purpose it is provided with a chain drive, also not shown.
Längs der kreisbogenförmigen Linie des Portals 2 befinden sich ca. 30 unter sich gleich gestaltete Beleuchtungseinheiten 3. Eine dieser Beleuchtungseinheiten ist in Fig. 3 und 4 näher dargestellt.Along the arcuate line of the portal 2 there are approximately 30 lighting units 3 of identical design. One of these lighting units is shown in more detail in FIGS. 3 and 4.
Die Beleuchtungseinheit 3 weist in einem schachtartigen Gehäuse 7, dessen Flächen mattschwarz lackiert sind, eine Halogenlampe 8 auf, die kaltverspiegelt ist und einen Lichtkegel von ca. ±20° erzeugt. Das von der Lampe 8 ausgehende Licht fällt auf einen Spezialreflektor 9, der zur optischen Achse der Lampe 8 unter einem Winkel von ca. 45° geneigt ist und das Licht zu einem Austrittsfenster 10 lenkt, das am schachtartigen Gehäuse 7 an geordnet ist und durch welches das Licht auf die Oberfläche der Karosserie 6 des Kraftwagens gelenkt wird. Der Reflektor 9 wirkt für Lichtstrahlenkomponenten parallel zur Zeichenebene von Fig. 3 wie ein Spiegel und für Lichtstrahlenkomponenten senkrecht zur Zeichenebene wie ein Diffusor. In a shaft-like housing 7 , the surfaces of which are painted matt black, the lighting unit 3 has a halogen lamp 8 , which is cold-reflecting and generates a light cone of approximately ± 20 °. The light coming from the lamp 8 falls on a special reflector 9 which is inclined to the optical axis of the lamp 8 at an angle of approximately 45 ° and directs the light to an exit window 10 which is arranged on the shaft-like housing 7 and through which the light is directed onto the surface of the body 6 of the motor vehicle. The reflector 9 acts like a mirror for light beam components parallel to the drawing plane of FIG. 3 and like a diffuser for light beam components perpendicular to the drawing plane.
Die Richtung, in welcher die Kraftwagen-Karosserie 6 durch das Portal 2 hindurchbewegt wird, ist in Fig. 3 und 4 durch den Pfeil 11 markiert. Das Lichtaustrittsfenster 10 ist parallel zum Pfeil 11 verhältnismäßig schmal, hat jedoch senkrecht hier zu eine relativ große Ausdehnung.The direction in which the motor vehicle body 6 is moved through the portal 2 is marked by the arrow 11 in FIGS. 3 and 4. The light exit window 10 is relatively narrow parallel to the arrow 11 , but perpendicular to it has a relatively large extension.
Die Beleuchtungseinheiten 3 sind am Portal 2 derart angeordnet, daß die Lichtaustrittsfenster 10 benachbarter Beleuchtungs einheiten 3 mit ihren Schmalseiten aneinanderstoßen, so daß längs der Linie des Portals 2 ein durchgehendes schmales Licht band entsteht, das der Portallinie in einem Poygonzug nähe rungsweise folgt. Wird die Karosserie 6 auf dem Schlitten 5 durch das Portal 2 hindurchgeführt, so wird das jeweils unter dem Portal 2 befindliche Querschnittsprofil der Karosserie gleichmäßig beleuchtet in Form eines schmalen, durchgehenden Lichtbandes, das sich auf dem zum obigen Querschnittsprofil gehörigen schmalen Abschnitt der Oberfläche 12 der Karosserie 6 senkrecht zur Transportrichtung vom unteren Rand der einen Flanke über das Dach bzw. Haubenteil bis zum unteren Rand der anderen Flanke der Karosserie erstreckt. Das auf der Karos serie-Oberfläche 12 erzeugte Lichtband hat eine Breite von ca. 50 bis 100 mm. Beim Hindurchführen durch das Portal wandert die Karosserie 6 unter diesem Lichtband hindurch und wird von ihm jeweils streifenweise beleuchtet.The lighting units 3 are arranged on the portal 2 such that the light exit window 10 of adjacent lighting units 3 abut with their narrow sides, so that along the line of the portal 2 a continuous narrow light band is formed, which approximately follows the portal line in a Poygonzug. If the body 6 is guided on the carriage 5 through the portal 2 , the cross-sectional profile of the body located under the portal 2 is uniformly illuminated in the form of a narrow, continuous light band which is located on the narrow section of the surface 12 belonging to the above cross-sectional profile Body 6 extends perpendicular to the direction of transport from the lower edge of one flank over the roof or hood part to the lower edge of the other flank of the body. The light strip generated on the Karos series surface 12 has a width of approximately 50 to 100 mm. When passing through the portal, the body 6 travels under this light band and is illuminated by it in strips.
Ferner befindet sich am Portal 2 dicht neben den Beleuchtungs einheiten 3 eine Anzahl von 26 Sensoreinheiten 4, die zur streifenweisen optischen Abtastung und Aufzeichnung von Bildern der von den Beleuchtungseinheiten 3 beleuchteten Oberflächen abschnitte der Karosserie 6 dienen. Die Sensoreinheiten 4 sind auf dem Portalbogen derart verteilt angeordnet, daß sie mit ihrem Aufnahmewinkel insgesamt alle Teilabschnitte des Quer schnittsprofils der Karosserie 6 lückenlos erfassen. Dabei dienen zur Erfassung der linken und rechten Flankenflächen der Karosserie 6 die Sensoreinheiten L 1 bis L 6 bzw. R 1 bis R 6, während für die Erfassung der nach oben gerichteten Dach- und Haubenflächen die Sensoreinheiten D 1 bis D 7 bzw. H 1 bis H 7 dienen. Die Sensoreinheiten 4 sind unter sich im wesentlichen gleich ausgebildet. Sie unterscheiden sich lediglich hinsicht lich der Fokussierung der in ihnen enthaltenen, weiter unten näher beschriebenen Aufnahmekameras auf unterschiedliche Abstände der von ihnen erfaßten Karosseriebereiche, um zu berücksichtigen, daß die Bereiche der Motor- und Kofferraum hauben der Karosserie vom Portalbogen einen größeren Abstand haben als die Dach- und Seitenbereiche.Further, located on the portal 2 close to the lighting units 3 a number of sensor units 26 4, the optical strip-wise for scanning and recording images of the illuminated by the illuminating units 3 surface portions of the body 6 are used. The sensor units 4 are arranged on the portal arch so distributed that they capture all sections of the cross-sectional profile of the body 6 without gaps with their recording angle. The sensor units L 1 to L 6 and R 1 to R 6 are used to detect the left and right flank surfaces of the body 6 , while the sensor units D 1 to D 7 and H 1 are used to detect the upward-facing roof and hood surfaces serve up to H 7 . The sensor units 4 are essentially identical to one another. They differ only in terms of the focus of the recording cameras contained in them, described in more detail below, at different distances between the areas of the body they detect, in order to take into account that the areas of the engine and trunk hoods of the body have a greater distance from the portal arch than that Roof and side areas.
Eine der Sensoreinheiten 4 ist ebenfalls in Fig. 3 und 4 näher dargestellt. Sie umfaßt eine Montageplatte 13, auf der eine mit einem Flächen-CCD ausgestattete Videokamera 14 mit einem Auf nahmeobjektiv 15 sowie eine Abtasteinheit (Scanner) 16 mit einem um eine Achse 17 drehbaren Abtastspiegel 18 angeordnet sind. Die in einer Matrix angeordneten CCD-Elemente der Video kamera 13 bilden optoelektronische Wandler zur fersehgerechten Umwandlung der empfangenen analogen Lichtsignalen in elektri sche Digitalsignale. Ferner trägt die Montageplatte 12 ein ent spiegeltes Lichteintrittsfenster 19, hinter dem der Abtastspie gel 18 der Abtasteinheit 16 angeordnet ist. Der Abtastspiegel 18 lenkt das von der Lampe 8 ausgehende und von der Oberfläche 12 der Karosserie 6 reflektierte Licht nach Durchtritt durch das Lichteintrittsfenster 19 in das Objektiv 15 der Kamera 14 um.One of the sensor units 4 is also shown in more detail in FIGS. 3 and 4. It comprises a mounting plate 13 on which a surface-equipped CCD video camera 14 with an acquisition lens 15 and a scanning unit (scanner) 16 with an axis 17 rotatable scanning mirror 18 are arranged. The arranged in a matrix CCD elements of the video camera 13 form optoelectronic converters for the television-appropriate conversion of the received analog light signals into electrical digital signals. Furthermore, the mounting plate 12 carries an ent reflected light entry window 19 , behind which the scanning mirror 18 of the scanning unit 16 is arranged. The scanning mirror 18 deflects the light emanating from the lamp 8 and reflected by the surface 12 of the body 6 after passing through the light entry window 19 into the lens 15 of the camera 14 .
Der Abtastspiegel 18 der Abtasteinheit 16 wird rechnergesteuert durch ein nicht näher dargestelltes Antriebssystem angetrieben und hat eine Winkelgeschwindigkeit von ca. 0,5 Umdrehungen pro Minute. Er kompensiert die Bewegungsunschärfe, die bei der Auf nahme der Karosserie-Oberfläche 12 während der Förderbewegung durch den Schlitten 5 ohne eine derartige Kompensation entste hen würde. Darüber hinaus können Unregelmäßigkeiten in der Fördergeschwindigkeit des Schlittens 5 bei ruckartigem Antrieb durch eine entsprechende zusätzliche Regelung der Bewegung des Abtastspiegels 18 ausgeglichen werden, wenn z. B. durch einen an sich bekannten und nicht dargestellten Tachogenerator am Ritzel einer den Schlitten 5 antreibenden Kette derartige Geschwindigkeitsschwankungen registriert und entspechende Sig nale in die Scanner-Steuerung aller Sensoreinheiten 4 einge geben werden.The scanning mirror 18 of the scanning unit 16 is computer-controlled by a drive system, not shown, and has an angular speed of about 0.5 revolutions per minute. It compensates for the motion blur that would occur in the acquisition of the body surface 12 during the conveying movement by the carriage 5 without such compensation. In addition, irregularities in the conveying speed of the carriage 5 with a jerky drive can be compensated for by a corresponding additional regulation of the movement of the scanning mirror 18 if, for. B. by such a known and not shown tachometer generator on the sprocket of a chain driving the carriage 5 such speed fluctuations registered and corresponding Sig signals in the scanner control of all sensor units 4 are entered.
Wenn sich in gewölbten Oberflächenbereichen der Karosserie 6 der Einfallswinkel für das von den Beleuchtungeinheiten 3 kom mende Abtastlicht beim Fördern der Karosserie durch das Portal 2 ändert, wandert das auf die Bildmitte eines an die Video kamera 14 angeschlossenen Monitors eingestellte Bild des auf der Karosserie erzeugten Lichtbandes aus der Bildmitte aus. Um dies zu verhindern, hat die Abtasteinheit 16 der Sensoreinheit 4 auch noch die Aufgabe, durch entsprechende Ansteuerung des Abtastspiegels 18 ein solches Auswandern des Lichtband-Bildes aus der Bildmitte des Monitors zu verhindern.When the angle of incidence for the COM of the lighting units 3 Mende scanning change in curved surface regions of the body 6 when conveying the body through the portal 2, set on the center of a connected to the video camera 14 monitor image moves of the light band formed on the body from the center of the picture. In order to prevent this, the scanning unit 16 of the sensor unit 4 also has the task of preventing the light band image from emigrating from the center of the monitor by appropriately controlling the scanning mirror 18 .
Die Montageplatte 13 ist lösbar an eine Trägerplatte 20 ange setzt, die unter Verwendung bekannter und daher nicht darge stellter Befestigungsmittel an einem Winkelträger 21 justierbar angeordnet ist. Der Winkelträger 21 wiederum befindet sich an einer Armatur 22, mit der die Sensoreinheit 4 am Portal 2 befestigt ist. The mounting plate 13 is releasably attached to a carrier plate 20 , which is arranged using a known and therefore not Darge presented fasteners on an angle bracket 21 adjustable. The angle bracket 21 is in turn located on a fitting 22 with which the sensor unit 4 is attached to the portal 2 .
Die Sensoreinheit 4 wird vor dem Ansetzen an die Trägerplatte 20 vorjustiert und danach durch Justierung der Trägerplatte 20 gegenüber dem Winkelträger 21 endgültig justiert. Diese End justage ist unabhängig vom jeweiligen Typ des zu prüfenden Fahrzeuges. Ist die Endjustage erzielt, kann die Trägerplatte 20 gegen weitere Verstellung gegenüber dem Winkelträger 21 durch Verkleben, Verschrauben oder Verstiften gesichert werden. Dies hat den Vorteil, daß eine defekte Sensoreinheit 4 von der Trägerplatte 20 abgenommen und durch eine neue, gleichartige und vorjustierte Sensoreinheit ersetzt werden kann, ohne die Justage der Gesamtanordnung zu verlieren.The sensor unit 4 is pre-adjusted before attaching to the support plate 20 and then finally adjusted by adjusting the support plate 20 relative to the angle bracket 21 . This final adjustment is independent of the type of vehicle to be tested. Once the final adjustment has been achieved, the carrier plate 20 can be secured against further adjustment relative to the angular carrier 21 by gluing, screwing or pinning. This has the advantage that a defective sensor unit 4 can be removed from the carrier plate 20 and replaced by a new, similar and pre-adjusted sensor unit without losing the adjustment of the overall arrangement.
Die Justage der Gesamtanordnung jeder Sensoreinheit 4 am Portal 2 erfolgt derart, daß sich die Aufnahmebereiche der Videokame ras von benachbart angeordneten Sensoreinheiten auf der Ober fläche 12 der Karosserie 6 überlappen, wie dies aus Fig. 2 er sichtlich ist. Hierdurch wird erreicht, daß bei der nachfolgend näher beschriebenen Überprüfung der Karosserie-Oberfläche auf Lackfehler kein Teilbereich dieser Oberfläche ausgelassen wird und ungeprüft bleibt. Darüber hinaus ist bei der Justage darauf zu achten, daß das Bild des auf der Karosserie-Oberfläche er zeugten Lichtbandes, das auf den an die Videokameras ange schlossenen Monitoren erscheint, etwa in der Bildmitte liegt, wenn senkrecht zum Querschnittsprofil der Karosserie orientier te Oberflächenbereiche erfaßt werden. Das Weglaufen des Licht bandes aus der Bildmitte bei gewölbten Oberflächenbereichen wird - wie bereits erwähnt - durch die Rechnersteuerung der Abtasteinheit 18 verhindert.The adjustment of the overall arrangement of each sensor unit 4 on the portal 2 is carried out in such a way that the recording areas of the video camera ras of adjacent sensor units overlap on the upper surface 12 of the body 6 , as can be seen from FIG. 2. This ensures that no part of this surface is left out and remains unchecked when checking the body surface for paint defects, which is described in more detail below. In addition, it must be ensured during the adjustment that the image of the light band on the body surface, which appears on the monitors connected to the video cameras, appears approximately in the center of the image when perpendicular to the cross-sectional profile of the body oriented surface areas will. The running away of the light band from the center of the image in the case of curved surface areas is - as already mentioned - prevented by the computer control of the scanning unit 18 .
Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, sind am Portal 2 die Beleuchtungseinheiten 3 und die Sensoreinheiten 4 dicht neben einander angeordnet, so daß die Lichteintrittsfenster 19 der Sensoreinheiten 4 dicht neben den Lichtaustrittsfenstern 10 der Beleuchtungseinheiten 3 in einer Ebene liegen. Das von den Beleuchtungseinheiten 3 ausgehende Licht wird somit an der Karosserie-Oberfläche 12 unter einem sehr kleinen Reflexions winkel zu den Sensoreinheiten 4 reflektiert. Dadurch bleiben Verzerrungen an den konvexen und konkaven Oberflächenbereichen der Karosserie 6 gering.As can be seen from FIGS. 3 and 4, the lighting units 3 and the sensor units 4 are arranged close to each other on the portal 2 , so that the light entry windows 19 of the sensor units 4 lie close to the light exit windows 10 of the lighting units 3 in one plane. The light coming from the lighting units 3 is thus reflected on the body surface 12 at a very small reflection angle to the sensor units 4 . As a result, distortions on the convex and concave surface regions of the body 6 remain low.
Die Videokamera jeder Sensoreinheit 4 ist an je einen separaten Kamerarechner angeschlossen. Diese Kamerarechner, welche dem handelsüblichen Rechnerangebot entstammen können, sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, in einem ersten Schaltschrank 23 unter gebracht. Allerdings kann bei der in Fig. 2 gezeigten Ausfüh rungsform mit 26 Sensoreinheiten die Anzahl der Kamerarechner von 26 auf 19 Stück reduziert werden, wenn die Rechner der Kameras der Sensoreinheiten D 1 bis D 7, welche zur Abtastung der Dachflächen der Karosserie 6 dienen, wechselweise auch an die Kameras der Sensoreinheiten H 1 bis H 7, die zur Abtastung der Haubenflächen der Karosserie 6 dienen, angeschlossen werden. Dies ist möglich, weil sich Dach- und Haubenflächen der Karos serie 6 in der Draufsicht von oben nicht überschneiden und des halb die Sensoreinheiten D 1 bis D 7 und die Sensoreinheiten H 1 bis H 7 niemals gleichzeitig, sondern stets wechselweise in Funktion treten. Die Rechner der Kameras steuern die Abtast einheiten 18 der Sensoreinheiten 4 und werten die von ihren Videokameras erzeugten Bildsignale aus.The video camera of each sensor unit 4 is connected to a separate camera computer. These camera computers, which can originate from the commercially available range of computers, are, as can be seen from FIG. 1, housed in a first control cabinet 23 . However, in the embodiment shown in FIG. 2 with 26 sensor units, the number of camera computers can be reduced from 26 to 19 units if the computers of the cameras of the sensor units D 1 to D 7 , which are used to scan the roof surfaces of the body 6 , alternately also be connected to the cameras of the sensor units H 1 to H 7 , which are used to scan the hood surfaces of the body 6 . This is possible because roof and hood surfaces of the Karos series 6 do not overlap in plan view from above and therefore the sensor units D 1 to D 7 and the sensor units H 1 to H 7 never function simultaneously, but always alternately. The computers of the cameras control the scanning units 18 of the sensor units 4 and evaluate the image signals generated by their video cameras.
Die Ausgangssignale der im Schaltschrank 23 angeordneten Kamerarechner gehen an 3 Zwischenrechner, die gemäß Fig. 1 in einem Schaltschrank 24 untergebracht sind und die Daten der Sensorgruppen L 1 bis L 6, R 1 bis R 6 und D 1/ H 1 bis D 7/ H 7 weiter aufarbeiten, bis sie an einen Großrechner 25 weitergegeben werden. Die im Schaltschrank 24 installierten Monitore können wechselweise auf alle Sensoreinheiten 4 geschaltet werden, um das Originalbild zu überwachen.The output signals of the camera computers arranged in the control cabinet 23 go to 3 intermediate computers, which according to FIG. 1 are accommodated in a control cabinet 24 and the data of the sensor groups L 1 to L 6 , R 1 to R 6 and D 1 / H 1 to D 7 / H 7 continue to work until they are passed to a mainframe 25 . The monitors installed in the control cabinet 24 can be switched alternately to all sensor units 4 in order to monitor the original image.
Im Großrechner 25 erfolgt die Zusammenfassung aller Meßdaten. Er ist mit einer Datenausgabestation ausgestattet, welche Informationen von detektierten Oberflächenfehlern ausdruckt.In the mainframe 25 , all the measurement data are summarized. It is equipped with a data output station that prints information from detected surface defects.
Mit dieser Anordnung läuft nun ein Prüfgang folgendermaßen ab. Die auf Lackfehler zu prüfende Karosserie 6 eines Kraftwagens wird außerhalb des Portals 2 auf den entsprechend weit verfahr baren Schlitten 5 aufgesetzt, vorzugsweise mit der Frontseite zum Portal hin. Anschließend werden die Beleuchtungseinheiten 3 und Sensoreinheiten 4 sowie der Antrieb für den Schlitten 5 eingeschaltet, worauf sich die Karosserie 6 auf dem Schlitten 5 in das Portal 2 hineinbewegt und dieses mit der Fördergeschwin digkeit des Schlittenantriebs durchläuft. Bei der beschriebenen Ausführungsform beträgt die Fördergeschwindigkeit des Schlit tens 5 etwa 50-100 mm/sec.With this arrangement, a test run now proceeds as follows. The body 6 of a motor vehicle to be checked for paint defects is placed outside the portal 2 on the correspondingly widely movable carriage 5 , preferably with the front facing the portal. Then the lighting units 3 and sensor units 4 and the drive for the carriage 5 are switched on, whereupon the body 6 on the carriage 5 moves into the portal 2 and this passes through with the Fördergeschwin speed of the carriage drive. In the described embodiment, the conveying speed of the carriage 5 is approximately 50-100 mm / sec.
Dabei wandert relativ zur Karosserie 6 das schmale Lichtband, das von den Beleuchtungeinheiten 3 erzeugt wird, über die Ober fläche 12 der Karosserie 6 hinweg und beleuchtet in einem Quer schnittsprofil der Karosserie jeweils einen schmalen Streifen von 50-100 m Breite. Die auf dem jeweiligen Querschnitts profil unter dem Lichtband liegenden Abschnitte der Karosserie- Oberfläche 12 werden von je einer Videokamera 14 der Sensor einheiten 4 erfaßt. The narrow strip of light, which is generated by the lighting units 3 , migrates relative to the body 6 over the upper surface 12 of the body 6 and illuminates a narrow strip of 50-100 m width in a cross-sectional profile of the body. The sections of the body surface 12 lying on the respective cross-sectional profile under the light band are each captured by a video camera 14 of the sensor units 4 .
Die im Schaltschrank 23 angeordneten Kamerarechner veranlassen automatisch, daß die ihnen zugeordneten Videokameras jeweils gleichzeitig alle 10 mm des Karosserie-Vorschubes durch das Portal 2 hindurch ein Bild der jeweils erfaßten Karosserie- Oberflächenabschnitte aufnehmen. Bei einer Vorschubgeschwindig keit im oben erwähnten Bereich (50-100 mm/sec) führt dies zu ca. 5 Bildern pro Sekunde. Hat die Karosserie 6 eine übliche Lange von 4 m, so liefert demnach jede Videokamera während des Durchlaufs einer Karosserie durch das Portal 2 schrittweise eine Gesamtzahl von 400 Aufnahmen, d. h. es werden schrittweise 400 Querschnittsprofile zwischen dem frontseitigen und dem heckseitigen Ende der Karosserie 6 abgetastet und aufgezeich net. Da diese Aufzeichnungen in Schritten von jeweils 10 mm aufeinanderfolgen und das zur Abtastung auf der Karosserie- Oberfläche 12 erzeugte Lichtband eine Breite von 50 bis 100 mm aufweist, ist wegen der im Vergleich zur Breite des Lichtbandes wesentlich geringeren Schrittweite der Aufzeichnungsfolgen sichergestellt, daß kein Abschnitt der Karosserie-Oberfläche 12 unerfaßt bleibt. Im Gegenteil, die zeitlich aufeinanderfolgen den Bilder der Oberflächenabschnitte überlappen sich in ihrem Bildinhalt jeweils um ca. 70%.The camera computers arranged in the control cabinet 23 automatically cause the video cameras assigned to them to take an image of the body surface sections in each case simultaneously every 10 mm of the body feed through the portal 2 . At a feed speed in the range mentioned above (50-100 mm / sec), this leads to approx. 5 frames per second. If the body 6 has a customary length of 4 m, each video camera accordingly delivers a total of 400 recordings step by step as a body passes through the portal 2 , i.e. 400 cross-sectional profiles between the front and rear ends of the body 6 are scanned and recorded. Since these recordings follow each other in steps of 10 mm and the light strip generated for scanning on the body surface 12 has a width of 50 to 100 mm, it is ensured because of the significantly smaller step width of the recording sequences compared to the width of the light strip that no section the body surface 12 remains undetected. On the contrary, the images of the surface sections that follow one another in time overlap in their image content by approximately 70%.
Um eine aufwendige Belichtungssteuerung in den Objektiven der Videokameras 14 der Sensoreinheiten 4 zu vermeiden, können die Lampen 8 aller Beleuchtungseinheiten 3 gemeinsam derart gesteu ert oder geregelt werden, daß die Intensität des von ihnen aus gehenden und von der Oberfläche 12 der Karosserie 6 zurückge worfenen Lichtes der helleren oder dunkleren Farbe der Karos serie-Lackierung angepaßt wird. Dadurch kann die Intensität des in die Videokameras einfallenden Lichtes in allen Fällen in etwa konstant gehalten werden. In order to avoid complex exposure control in the lenses of the video cameras 14 of the sensor units 4 , the lamps 8 of all the lighting units 3 can be controlled or regulated together in such a way that the intensity of the light emanating from them and reflected from the surface 12 of the body 6 the lighter or darker color of the check series paint is adjusted. As a result, the intensity of the light entering the video cameras can be kept approximately constant in all cases.
Auf den Monitoren, die auf die Videokameras 14 der Sensorein heiten 4 aufgeschaltet werden können, erscheinen Fehler auf der Oberfläche der Karosserie 6 entweder als dunkle Stellen im hellen Bild des auf der Karosserie 6 erzeugten Lichtbandes oder als Änderungen in der Kontur des Bildes dieses Lichtbandes. Eine Aufnahme eines solchen Monitorbildes zeigt Fig. 7. Darin ist das Bild des Lichtbandes mit 26 bezeichnet, worin ein Lack fehler als dunkle Stelle 27 erscheint.On the monitors, which can be switched on to the video cameras 14 of the sensor units 4 , defects appear on the surface of the body 6 either as dark spots in the bright image of the light band generated on the body 6 or as changes in the contour of the image of this light band. A recording of such a monitor image is shown in FIG. 7, in which the image of the light band is denoted by 26 , in which a paint defect appears as a dark spot 27 .
Die Daten der von den Videokameras 14 der Sensoreinheiten 4 gleichzeitig aufgezeichneten Teilbilder der einzelnen Ober flächenabschnitte des jeweils erfaßten Querschnittsprofils und die Daten der so erfaßten Bilder der nacheinander unter dem Lichtband hindurchwandernden Querschnittsprofile der Karosserie 6 werden in den Rechnern weiterverarbeitet und zu einem Gesamt bild zusammengesetzt, das von der Datenausgabestation des Rech ners 25 beispielsweise als Hardcopy-Ausdruck ausgegeben wird und über etwaige Fehler auf der gesamten Oberfläche der Karos serie 6 und über die Koordinaten dieser Fehlerstellen Aufschluß gibt.The data of the partial images of the individual surface sections of the respective cross-sectional profile recorded at the same time by the video cameras 14 of the sensor units 4 and the data of the images thus captured of the cross-sectional profiles of the body 6 which successively pass under the light band are further processed in the computers and combined to form an overall image, which is output from the data output station of the computer 25, for example as a hard copy printout, and provides information about any errors on the entire surface of the body 6 and the coordinates of these error points.
Anhand dieser Informationen können die mit der obigen Anlage detektierten Fehler auf der Oberfläche der untersuchten Karos serie durch das mit der Fehlerbeseitigung beauftragte Personal auch dann leicht aufgefunden und beseitigt werden, wenn die visuelle Erkennung dieser Fehler an sich schwierig ist.Based on this information, you can use the above attachment detected defects on the surface of the checked diamond series by the personnel responsible for troubleshooting can be easily found and removed even if the visual detection of these errors is difficult in itself.
Damit Oberflächenfehler, die auf der Oberfläche 12 der Karos serie 6 im Überlappungsbereich der Videokameras 14 zweier benachbart angeordneter Sensoreinheiten 4 liegen, durch das beschriebene System nicht doppelt gemeldet werden, kann fol gendes Verfahren angewendet werden. So that surface defects that are on the surface 12 of the body 6 in the overlap area of the video cameras 14 of two adjacent sensor units 4 are not reported twice by the described system, the following method can be used.
Vor der Inbetriebnahme der vorgeschlagenen Anordnung zur Erken nung von Oberflächenfehlern der serienmäßig zu untersuchenden Karosserien eines bestimmten Fahrzeugtyps wird zunächst ein hell-farbiges Karosserie-Muster dieses Fahrzeugtyps nachein ander vorzugsweise an vier Stellen (vorderer Bereich, Tür bereich, hinterer Bereich) in das Portal 2 gestellt und jeweils mit dem von den Beleuchtungseinheiten 3 erzeugten Lichtband beleuchtet. In der ersten dieser vier Positionen werden jeweils die beiden Monitorbilder benachbarter Sensoreinheiten 4 beob achtet, so daß ungefähr in der Mitte des Überlappungsbereiches eine Markierung, z. B. mit schwarzem Filzstift, auf der Muster- Karosserie angebracht werden kann, was auf den Monitorbildern mitverfolgt und kontrolliert werden kann. In dieser Weise werden die Überlappungsbereiche aller Sensoreinheiten L 1/2 bis R 2/ R 1 des Portals auf der Muster-Karosserie markiert. Die gleichen Markierungsarbeiten werden in den folgenden zweiten bis vierten Positionen der Muster-Karosserie wiederholt. So erhält man z. B. an jeder Seitenwand der Muster-Karosserie 20 Markierungspunkte, die in 5 Zeilen angeordnet sind. An schließend werden jeweils von Hand die vier in jeder Zeile angeordneten Markierungspunkte zu einer von vorn nach hinten durchgezogenen schwarzen Linie verbunden, wozu keine besondere Sorgfalt angewendet werden muß. Somit wird die Gesamtfläche der Muster-Karosserie an den beiden Seitenflächen und an den Dach- und Haubenflächen mit insgesamt 16 von vorn nach hinten ver laufenden Markierungslinien überzogen. Diese so markierte Muster-Karosserie wird nun aus dem Portal 2 herausgefahren und anschließend erneut in das Portal 2 eingeführt und in einem regulären Prüfgang, wie er oben beschrieben wurde, durch das Portal 2 hindurchgeführt. Before the proposed arrangement for detecting surface defects of the bodywork to be examined in series of a particular vehicle type is put into operation, a light-colored bodywork pattern of this vehicle type is first placed one after the other preferably in four places (front area, door area, rear area) in the portal 2 and each illuminated with the light band generated by the lighting units 3 . In the first of these four positions, the two monitor images of adjacent sensor units 4 are observed in each case, so that a mark, for example in the middle of the overlap area. B. with black marker, can be attached to the sample body, which can be tracked and checked on the monitor images. In this way, the overlap areas of all sensor units L 1/2 to R 2 / R 1 of the portal are marked on the sample body. The same marking work is repeated in the following second to fourth positions of the sample body. So you get z. B. on each side wall of the sample body 20 marking points, which are arranged in 5 lines. At closing, the four marking points arranged in each line are connected by hand to form a solid black line from front to back, for which no special care has to be taken. Thus, the total area of the sample body is covered on the two side surfaces and on the roof and hood surfaces with a total of 16 marking lines running from front to back. This so marked sample body is now moved out of the portal 2 and then reintroduced into the portal 2 and passed through the portal 2 in a regular test procedure as described above.
Ein spezielles Inbetriebnahmeprogramm der Rechner erkennt nun in jedem Bild, das von den Sensoreinheiten 4 erzeugt wird, maximal 2 Markierungslinien und legt damit jeweils exakt den Meßbereich jeder Sensoreinheit 4 an jeder Stelle der Karos serie-Oberfläche des durch die markierte Muster-Karosserie repräsentierten Fahrzeugtyps fest.A special commissioning program of the computer now recognizes a maximum of 2 marking lines in each image that is generated by the sensor units 4 and thus precisely defines the measuring range of each sensor unit 4 at each point on the body surface of the vehicle type represented by the marked sample body .
Der Meßbereich der Videokameras 14 von jeweils zwei benachbart angeordneten Sensoreinheiten 4 wird also mit diesem Inbetrieb nahmeprogramm so beschränkt, daß der Meßbereich der einen Kamera unterhalb und der Meßbereich der anderen Kamera oberhalb ein und derselben Markierungslinie bleibt.The measuring range of the video cameras 14 of two adjacent sensor units 4 is thus limited with this commissioning program so that the measuring range of one camera remains below and the measuring range of the other camera above one and the same marking line.
Nach diesem Inbetriebnahmeprogramm kann die reguläre Unter suchung der serienmäßig vom Montageband kommenden Karosserien des betreffenden Fahrzeugtyps aufgenommen werden, wie dies oben beschrieben wurde. Wegen der mittels der Muster-Karosserie durchgeführten Begrenzung der an sich überlappenden Meßbereiche der Videokameras unterbleibt eine doppelte Fehlererfassung, ohne daß die mit der vorgeschlagenen Anordnung serienmäßig ge prüften Karosserien erneut markiert werden müssen.After this commissioning program, the regular sub Search for the bodies coming off the assembly line as standard of the vehicle type in question, as above has been described. Because of the means of the sample body carried out limitation of the overlapping measuring ranges the video cameras do not double-detect errors, without the ge with the proposed arrangement as standard checked bodies must be marked again.
Die nach dem oben beschriebenen Verfahren markierte Muster- Karosserie dient somit zum Referieren der Anlage und wird für eventuelle spätere Nachjustierungen aufbewahrt.The sample- marked according to the procedure described above Body thus serves for referencing the system and is used for any subsequent readjustments are kept.
Selbstverständlich ist es erforderlich, für jeden Fahrzeugtyp, der sich hinsichtlich der Gestaltung seiner Karosserie von anderen Fahrzeugtypen unterscheidet, eine eigene Muster-Karos serie zu schaffen und die Anlage mittels des jeweiligen Inbe triebnahmeprogramms softwaremäßig darauf einzustellen. Of course, it is necessary for each vehicle type who differed in the design of his body from distinguishes other vehicle types, its own pattern checks series and create the system by means of the respective Inbe software to adjust the drive program.
Anstatt den beweglich gelagerten Schlitten 5 mit der Karosserie 6 durch das feststehende Portal 2 hindurchzuführen, kann auch die Karosserie 6 ortsfest bleiben und das Portal 2 nach Aus stattung mit einem Schienenfahrwerk über die Karosserie 6 hin wegbewegt werden. Wesentlich ist nur, daß zwischen der Karos serie 6 und dem Portal 2 mit den Beleuchtungseinheiten 3 und den Sensoreinheiten 4 eine Relativbewegung stattfindet.Instead of guiding the movably mounted carriage 5 with the body 6 through the fixed portal 2 , the body 6 can also remain stationary and the portal 2 can be moved over the body 6 after being equipped with a rail chassis. It is only important that between the Karos series 6 and the portal 2 with the lighting units 3 and the sensor units 4, a relative movement takes place.
Mit der vorgeschlagenen Anlage können auch die Front- und Heckseiten der Karosserie von Fahrzeugen auf Oberflächenfehler untersucht werden, wenn hierfür zusätzliche und geeignet ange ordnete Sensoreinheiten vor bzw. hinter dem Portal 2 vorgesehen werden.With the proposed system, the front and rear sides of the body of vehicles can be examined for surface defects if additional and suitably arranged sensor units are provided in front of or behind the portal 2 .
Schließlich eignen sich das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bei entsprechender Anpassung auch zur Erkennung von Fehlern an Oberflächen anderer industriell hergestellter Gegenstände, beispielsweise von Gegenständen aus Flach- oder Hohlglas, Keramik, Kunststoff, etc. oder von Küchengeräten und sonstigen Gebrauchsgütern, von denen der Erwerber oder Benutzer einwandfreie Oberflächen erwartet. Finally, the method according to the invention and the device according to the invention with appropriate adaptation for the detection of defects on surfaces of other industrial manufactured objects, for example from objects Flat or hollow glass, ceramic, plastic, etc. or from Kitchen appliances and other household goods, of which the Buyers or users expect flawless surfaces.
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Bezugszeichenliste:
1 = Gestell
2 = Portal
3 = Beleuchtungseinheit
4 = Sensoreinheit
5 = Schlitten
6 = Karosserie
7 = Gehäuse
8 = Lampe
9 = Reflektor
10 = Lichtaustrittsfenster
11 = Richtungspfeil
12 = Oberfläche der Karosserie
13 = Montageplatte
14 = Videokamera
15 = Aufnahmeobjektiv
16 = Abtasteinheit
17 = Spiegelachse
18 = Abtastspiegel
19 = Lichteintrittsfenster
20 = Trägerplatte
21 = Winkelträger
22 = Armatur
23 = Gehäuse für Kamerarechner
24 = Gehäuse für Zwischenrechner
25 = Großrechner
26 = Lichtband-Bild
27 = FehlerstelleReference symbol list: 1 = frame
2 = portal
3 = lighting unit
4 = sensor unit
5 = sledge
6 = body
7 = housing
8 = lamp
9 = reflector
10 = light exit window
11 = directional arrow
12 = surface of the body
13 = mounting plate
14 = video camera
15 = taking lens
16 = scanning unit
17 = mirror axis
18 = scanning mirror
19 = light entry window
20 = carrier plate
21 = angle bracket
22 = fitting
23 = housing for camera computer
24 = housing for intermediate computer
25 = mainframe
26 = light band image
27 = fault location
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